Le bore forme-t-il des composés sans liaisons covalentes?
J'ai lu que le bore, en raison de la somme très élevée de ses trois premières énergies d'ionisation, il n'est pas capable de former ses ions +3, et donc il ne forme généralement que des composés covalents. Mais dans un examen d'entrée en ingénierie indien populaire: JEE MAINS-2014 19 avril, cette question a été posée:
Laquelle de ces affirmations n'est pas vraie ?
En solution aqueuse, le $\ce{Tl+}$ l'ion est beaucoup plus stable que Tl (III)
$\ce{LiAlH4}$ est un réducteur polyvalent en synthèse organique.
$\ce{NO+}$ n'est pas isoélectronique avec $\ce{O2}$
$\ce{B}$ est toujours covalent dans ses composés.
La réponse donnée était 4.
Je comprends qu'il peut y avoir une exception mais je ne peux la trouver nulle part. S'il existe un composé ionique de bore, quelqu'un pourrait-il m'en parler?
Réponses
Le bore peut former des ions mais il y a quelques petits caractères. Vous n'obtiendrez pas de cations monatomiques comme les métaux en dessous. Au lieu de cela, les structures de bore ionique sont formées de grappes où la liaison ionique est entraînée par les structures orbitales moléculaires de ces grappes, et non par électronégativité (cf. Cette réponse ).
De tels agrégats sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes entre les atomes de bore, de sorte qu'en ce sens, le bore forme toujours des liaisons covalentes. Les liaisons ioniques seraient avec des atomes d'autres éléments en dehors de l'amas de bore. Étant donné que les coquilles de valence d'un atome de bore neutre sont remplies à moins de la moitié, les amas auront probablement des orbitales de liaison de faible énergie qui nécessitent des électrons d'atomes extérieurs. Ainsi, les amas de bore seront anioniques et les liaisons ioniques seront très probablement formées avec des métaux électropositifs. Comme suggéré dans les commentaires, le diborure de magnésium ,$\ce{MgB2}$, est l'un des composés les plus étudiés contenant de tels amas de bore. Il a suscité beaucoup d'intérêt en recherche en raison de sa température critique relativement élevée (39 K) pour la supraconductivité, qui peut être liée à l'impact de la liaison ionique magnésium-bore sur les interactions électroniques qui conduisent à la superconduction.
Le diborure de magnésium a une structure en couches dans laquelle des couches de magnésium alternent avec des couches de bore. Ces derniers sont liés de manière covalente dans un nid d'abeille hexagonal, ressemblant à une couche de carbone en graphite. Cependant, dans les couches de bore, chaque atome ne fournit que trois électrons par atome au lieu de quatre, de sorte que les couches peuvent agir comme des structures acceptant les électrons pour former un macro-anion ayant la formule$\ce{B^-}$. Un modèle ionique pour le diborure aurait alors la formule empirique$\ce{Mg^{2+}(B^-)2}$. Ici, je discute de deux références que j'ai examinées, dans lesquelles la liaison est examinée et les résultats peuvent être comparés à ce modèle.
De la Mora et coll. [ 1 ] comparer le diborure de magnésium avec d'autres$\ce{MeB2}$ diborures utilisant des métaux de transition précoces et de l'aluminium (ce dernier pourrait également être considéré comme ayant un caractère de métal de transition précoce, car il n'y a pas $d$bloc séparant cet élément du magnésium). Ils constatent que si tous les diborures ont un caractère ionique significatif, cette ionicité est renforcée dans le composé de magnésium. De ce fait, le composé de magnésium présente une anisotropie de conduction électrique accrue car les électrons de valence sont fortement localisés vers les couches de bore. Le diborure de zirconium, avec moins de liaison ionique et moins de localisation d'électrons, est également supraconducteur, mais sa température critique selon cette référence n'est que de 5,5 K contre 39 K pour le composé de magnésium. Les auteurs suggèrent également qu'une isoélectronique, encore plus fortement ionique$\ce{Li(BC)}$ composé peut offrir une amélioration encore plus poussée de la supraconductivité.
Nishibori et coll. [ 2 ] ont constaté qu'à température ambiante, le magnésium est essentiellement entièrement ionisé pour$\ce{Mg^{2+}}$tandis que le bore reste neutre; la charge négative est associée aux régions interstitielles comme pour constituer des liaisons métalliques. Cela représente encore les deux tiers de la séparation de charge théorique pour un modèle ionique et en ce sens, la liaison entre le magnésium et le bore peut être considérée comme principalement ionique. À 15 K, les électrons deviennent plus localisés de sorte que le bore a maintenant une charge négative significative et le pourcentage de séparation de charge théorique dépasse 80%.
Ainsi, les deux références s'accordent sur le fait que dans le diborure de magnésium, la combinaison d'une source d'électrons électropositive avec une structure moléculaire favorable à l'acceptation des électrons conduit à une liaison fortement ionique entre le magnésium et le bore. Ceci s'applique notamment à l'état supraconducteur à basse température, même si la liaison bore-bore au sein des couches de bore elles-mêmes reste covalente.
Les références
1. Pablo de la Mora, Miguel Castro et Gustavo Tavizonb, "Étude comparative de la structure électronique des borures alcalino-terreux (MeB2; Me = Mg, Al, Zr, Nb et Ta) et leur conductivité à l'état normal", Journal of Solid State Chemistry 169 (2002) 168-175,https://doi.org/10.1016/S0022-4596(02)00045-2.
2. Eiji Nishibori, Masaki Takata, Makoto Sakata, Hiroshi Tanaka, Takahiro Muranaka et Jun Akimitsu, "Bonding Nature in MgB2", Journal of the Physical Society of Japan 70 : 8 (2001), 2252-2254,https://doi.org/10.1143/JPSJ.70.2252.